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纤维素是细菌生物被膜的常见组分，在其中它与其他生物聚合物相互作用，形成包裹细菌的三维基质。纤维素由多种细菌胞外多糖共有的、依赖合酶的生物合成途径合成并分泌，其在细胞表面的暴露依赖于周质纤维素酶 BcsZ 的存在。在跨越周质输出过程中，大肠杆菌及其他肠杆菌科细菌会利用脂质来源的磷酸乙醇胺（pEtN）对纤维素进行修饰。BcsZ 如何在周质中水解 pEtN-纤维素尚不清楚，而 pEtN 在纤维素上的天然分布模式同样未知。在本研究中，我们结合碳水化合物合成、X 射线晶体学、天然质谱和超分辨 MINFLUX 纳米成像技术，阐明了 BcsZ 在纤维素生物合成过程中的作用。BcsZ 与化学合成的 pEtN 纤维低聚糖结合的晶体结构揭示了该酶如何识别经 pEtN 修饰的葡糖基单元。通过比较单取代和双取代的纤维六糖，我们鉴定出不同的结合构象，这些构象由 BcsZ 催化口袋内的两个 pEtN 配位位点决定。综合来看，我们的结构分析揭示了一种理想的 BcsZ 纤维六糖配体，其含有两个经 pEtN 修饰的单元，并由一个未修饰的纤维三糖单元隔开。该酶对该化合物表现出显著提高的结合亲和力和水解效率。此外，对天然 pEtN-纤维素进行 BcsZ 消化并结合天然质谱分析表明，pEtN 在生物被膜纤维素上呈随机分布。另外，利用 MINFLUX 对 BcsZ 与生物合成复合体其他组分进行共定位分析显示，BcsZ 在周质中呈随机分布。我们的数据表明，BcsZ 独立于生物合成复合体发挥作用，以清除周质中错误定位的 pEtN-纤维素。
纤维素是细菌生物被膜的常见组分，在其中它与其他生物聚合物相互作用，形成包裹细菌的三维基质。纤维素通过许多细菌胞外多糖共有的、依赖合酶的生物合成途径被合成并分泌，其在细胞表面的暴露依赖于周质纤维素酶 BcsZ 的存在。在跨越周质输出过程中，大肠杆菌及其他肠杆菌科细菌会用来源于脂质的磷酸乙醇胺（pEtN）对纤维素进行修饰。目前尚不清楚 BcsZ 如何在周质中水解 pEtN-纤维素，也不清楚 pEtN 在纤维素上的天然分布模式。
在本研究中，我们结合碳水化合物合成、X 射线晶体学、天然质谱和超分辨率 MINFLUX 纳米镜检，阐明了 BcsZ 在纤维素生物合成过程中的作用。BcsZ 与化学合成的 pEtN 纤维低聚糖结合的晶体结构揭示了该酶如何识别经 pEtN 修饰的葡糖基单元。通过比较单取代和双取代的纤维六糖，我们鉴定出不同的结合构象，这些构象由 BcsZ 催化口袋内两个 pEtN 配位位点所决定。综合来看，我们的结构分析揭示了一种理想的 BcsZ 纤维六糖配体，该配体包含两个 pEtN 修饰单元，二者之间由一个未修饰的纤维三糖单元隔开。该酶对这种化合物的结合亲和力和水解效率均显著提高。
此外，对天然 pEtN-纤维素进行 BcsZ 消化并结合天然质谱分析，揭示了 pEtN 在生物被膜纤维素上的随机分布。另有，利用 MINFLUX 对 BcsZ 与生物合成复合体其他组分进行共定位分析表明，BcsZ 在周质中呈随机分布。我们的数据表明，BcsZ 独立于生物合成复合体发挥作用，以清除周质中错误定位的 pEtN-纤维素。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.24.745826v1?rss=1
🏷️ 生物被膜 纤维素修饰 BcsZ纤维素酶 磷酸乙醇胺 X射线晶体学 位点特异性加工